Устройство для шароструйного бурения скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B7/18 

00 Изобретение относится к устройствам для шароструйного бурения скважи и может быть использовано для термомеханического бурения взрывных скважин в крепких горных породах. Известно устройство для шароструй ного бурения, в котором сопловая насадка, соединенная с исгочником газа расположена соосно разгонной камере, имеющей окна для эжектирования в истекающую струю из призабойного прост ранства шаров, служащих в качестве породоразрушающих тел. При использовании этого устройств для проходки скважин в слоистых поро дах с различными физическими свойствами слоев не удается обеспечить пос тоянство диаметра скважины по глубин Более близким техническим решением к изобретению является устройство дл шароструйного бурения скважин, содер жащее соосно установленную сопловую насадку для формирования струи рабочего агента и разгонную камеру с окнами для эжектирования отработанных на забое породоразрушающих шаров в истекающую струю, а также расположенный коаксиально им цилиндрический кожух с окнами для выхода продуктов разрушения и.опорным башмаком. Применение этого устройства показало его эффективность для проходки скважины в сравнительно однородных крепких породах. Однако при бурении в трещиноватых породах или с прочными пропластками наблюдается его заклинивание в скважине, особенно при наличии пропластков, которые не могут быть разрушены опорным башмаком. Цель изобретения заключается в предотвращении заклинивания устройства в проходимой скважине и обеспечении ее требуемого диаметра по всей глубине. Эта цель достигается использованием устройства для шароструйного бу рения скважин, содержащего соосно ус тановленные сопловую насадку для фор мирования струи рабочего агента и разгонную камеру с окнами для эжекти рования отработанных на забое породоразрушающих шаров в истекающую струю, а также расположенный коаксиально им цилиндрический кожух с окнами для выхода продуктов разрушения и опорным башмаком, в котором, согласно изобретению, сопловая насадка и разгонная камера сочленены шарнирно-поворотно, а кожух связан с сопловой насадкой с возможностью вращения и осевого перемещения и снабжен тягой, соединенной с разгонной камерой для ее поворота относительно сопловой насадки. Между сопловой насадкой и кожухом размещена пружина для его возврата. На фиг.1 показано предложенное устройство с шарнирным сочленением сопловой насадки и разгонной камеры; на фиг.2 - то же, со стороны соединения кожуха тягой с разгонной камерой, Устройство для шароструйного бурения оснащено сопловой насадкой 1 (фиг.1) для формирования струи рабочего агента, например газа, генерируемого в камере 2 сгорания, и расположенной соосно ей разгонной камерой 3, которая имеет окна 4 для эжектирования породоразрушающих элементов в виде шаров 5 из призабойного пространства 6 в истекающую струю рабочего агента. Сопловая насадка 1 и разгонная камера 3 соединены между собой с помощью шарнира 7 так, что разгонная камера 3 может поворачиваться в вертикальной плоскости относительно насадки 1, И насадка 1, и камера 3 размещены внутри цилиндрического кожуха 8, имеющего окна 9 для выхода продуктов разрушения и опорный башмак 10, опережающий разгонную камеру 3. Цилиндрический кожух 8 соединен с сопловой насадкой 1 посредством подшипника 11 и благодаря ему может вращаться относительно насадки 1, Кроме того, кожух 8 установлен с возможно-. стью продольного перемещения относительно насадки 1 за счет наличия направляющего паза 12 (фиг,2) в ней. Для отклонения разгонной камеры 3 от вертикали служит тяга 13, прикреп ленная к кожуху 8 и связанная с боковым упорным элементом 14 разгонной камеры 3. Тяга 13 перемещается вместе с кожухом 8, причем для его возвращения в исходное первоначальное положение служит пружина 15, помещенная в расточке насадки 1. Охлаждение сопловой насадки 1 и разгонной камеры 3 достигается за счет воды, подаваемой по каналам 16. Устройство работает следующим образом. Струя рабочего агента истекает из сопловой насадки 1 в разгонную камеру 3, куда из пространства между кожухом 8 и ею эжектируются породоразрушающие шары 5 через окна 4, Разогнанные до высокой скорости струей рабочего агента породоразрушающие шары 5 и истекающая струя рабоче го агента разрушают забой скважины, Сбрасываемая из каналов 16 в простран ство между кожухом 8 и камерой 3 вода охлаждает шары 5. При зтом вода испаряется и образующийся парогазовый поток поднимает шары 5 вместе с продуктами разрушения до эжекционных окон 4 в камере 3 для нового цикла разгона. Тем самь1м осуществляется циркуляция шаров 5. Крупная фракция продуктов разрушения также участвует в процессе циркуляции вплоть до переизмельчения, а мелкая фракция вместе с отраженным от забоя парогазовым потоком выходит через окна 9 кожуха 8 в затрубное пространство и выносится на поверхность. При нормальном процессе формирования Проходного сечения скважины опорный башмак 10 кожуха 8 не застревает при опускании устройства. При встрече с трудноб1фимь1ми пропластками происходит сужение скважины, башмак 10 взаимодействует со стенками скважины и процесс нормального спуска устройства затрудняется. Расширение сечения скважины до проходного в этом случае осуществляется путем обработки ее периферийной части непосредственно под опорным башмаком 10 струей рабочего агента с шарами 5. Для этого разгонная камера 3 отклоняется от оси скважины посредством тяги 13, взаимодействующей с ее упорным элементом 14 следующим образом. Под действием осевого усилия подачи происходит продольное смещение сопловой насадки 1 относительно кожуха 8, при этом тяга 13 вызывает отклонение упорного элемента 14 и связанной с ним камеры 3, В результате вращения разгонной камеры 3 совместно с сопловой насадкой 1 происходит обработка периферии скважины непосредственно под опорным башмаком 10. После восстановления требуемого проходного сечения скважины цилиндрический кожух 8 под, действием пружины 15 возвращается в исходное положение. Одновременно разгонная камера 3 также возвращается в исходное положение под действием тяги 13, С помощью предложенного устройства достигается эффективная проходка скважин в крепких трещиноватых и слоистых породах, при этом скорость бурения возрастаетпримерно на треть по сравнению с шарошечным бурением.

10

16

16

777 77//7/

Фиг.2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШАРОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, содержащее соосно установленные сопловую насадку для формирования струи рабочего агента и разгонную камеру с окнами для эжектирования отработанных на забое породоразрушающих шаров в истекающую струю, а также расположенный коаксиально им цилиндрический кожух с окнами для выхода продуктов разрушения и опорным башмаком, отличающе- е с я тем, что, с целью предотвращения его заклинивания в проходимой скважине и обеспечения ее требуемого диаметра по всей глубине, сопловая насадка и разгонная камера сочленены шарнирно-поворотно, а кожух связан с сопловой насадкой с возможностью вращения и осевого перемещения и снабжен тягой, соединенной с разгонной камерой для ее поворота относительно (Л сопловой насадки. 2 Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что между сопловой насадкой и кожухом размещена пружина для его возврата.